乒乓球|这所高校智能研究院上了“央视”！机械手臂灵活“人机”对打乒乓球进博会上

进博会上，和人对打乒乓球的“机械手臂” ，想必大家都很熟悉了。而最近，上海理工大学机器智能研究院一举登上了央视“新闻联播” ，其研发的智能乒乓球机器人项目也一下“火”了起来！
正在不断完善研发中的智能乒乓球机器人——“小丘” ，令人充满期待。这一项目是在德国汉堡科学院张建伟院士的指导下，由机器智能研究院小丘项目负责人季云峰老师带领4名本科生团队用了不到一年时间研制出来。
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“小丘”是一款以辅助康疗为主、娱乐训练为辅的机器人。别看它只是一个机械手臂，它可是“眼观六路”“耳听八方” ，能判别对手的乒乓球落点、球速等，然后精准“还击” 。同时，还能结合姿态识别技术，更好地判断人体打球的姿态及动作，从而更好的实现对乒乓球运动轨迹的预测。另一方面，通过手环等穿戴式设备实时监测身体各项技能，结合对康复患者私人制定的“运动处方” 。
乒乓球机器人实现人机对打看似简单，但实际设计时需要突破重重关卡。众所周知，乒乓球的球速很快，一个回合只有0.5秒的时间，而智能乒乓球机器人“小丘”需要在这短暂的0.5秒之内进行识别，还要对球的速度、高度和落点进行预测。怎么识别？采访人员在上海理工大学机器智能研究院的实验室里看到，在乒乓球桌的上方，有两台高速摄像机，这主要是为了识别球速、球的运动轨迹等等；而另外两台高速摄像机，则设置在机器人“小丘”的上方，这主要是录取对手的动作，使“小丘”的大脑根据动作的识别判断出是下旋球、上旋球、超高球，还是削球等等。一般来说，传统的图像处理方式，对每帧图片的识别耗时高达12毫秒；而这一创新高速双目识别系统，依靠更快速的视觉系统高速检测，耗时降低到不足1毫秒。借助快速的视觉系统高速检测，跟踪乒乓球的球速，基于物理模型对落点、高度、角度的精准预测，从而使“小丘”计算出最优的回球路径和动作。
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更令人感到惊喜的是， “小丘”的活动范围十分广。通过二维滑轨，使用轻量化高度拟人机械臂， “小丘”的活动范围不再仅仅局限于乒乓球台面的某一块核心区域，而是可以在整个乒乓球台面上自由移动，灵活击球。预测出乒乓球的球速、角度后， “小丘”还要计算出机械手臂每个关节的旋转角度，用最短时间、最短路径把球打回去。季云峰老师告诉采访人员， “小丘”采用轨迹规划算法和快速扩展随机树算法等，使得机械臂能够柔顺动作的同时，还可以进行最优路径规划，自动避障、拟人化等更为复杂的智能动作。采访人员现场体验了一下，时而刻意把球打到乒乓球桌的角落，或是吊球至近网处，但是“小丘”都不慌不忙地精准接球，时而跑到近网处用正手击球，时而又迅速退回后台用反手挡球。
而这并不是终极梦想，结合双足机器人“小贝” ，设计出世界上第一台能双足行走、陪练打乒乓的机器人，是这一研发团队一直努力的方向。上海理工大学机器智能研究院自主研发双足机器人“小贝” ，是当今唯一能同时满足平衡、高效、智能、安全、经济等产业化条件的全尺寸双足人形机器人。 2015年，研发团队研制的“行者一号”机器人以0.8度电，连续行走134千米、54小时的成绩打破了吉尼斯世界纪录，至今无人超越。 “行者一号”曾被美国Discovery评为“十大科技纪录突破”之首，被CCTV评为“人类历史上首个续航能力突破百公里的足式机器人” 。眼下的关键，是如何将人形机器人“小贝”既能平稳地双足行走，又能灵活地在乒乓球台前打球、陪练。